106 成大資工所硬體考點分析
答案必須填進卷首指定的表格、寫在別處不予計分。第 1 題看一張 TLB 與快取的方塊圖連問六個小問。
題型與配分
考試科目：計算機組織與系統，系所「電機資訊學院－資訊聯招」，考試日期 0213、節次 1，全卷 100 分、3 頁、7 大題。本試題不可使用計算機。
| 題號 | 配分 | 主題 |
|---|---|---|
| 1 | 30% | TLB、快取與虛擬記憶體（六個小問） |
| 2 | 10% | 五級管線的資料相依與重排 |
| 3 | 10% | 平行運算的三個是非題 |
| 4 | 10% | 共享記憶體與 IPC 的比較 |
| 5 | 10% | 輾轉現象的成因、偵測與解法 |
| 6 | 20% | 銀行家演算法 |
| 7 | 10% | 需求分頁的最大可接受頁錯誤率 |
作答規定很嚴格：「請於答案卷（卡）作答，於本試題紙上作答者，不予計分」，而且「請在答案卷作一表格如下，並清楚地填入這些題目的答案，否則不予計分」——卷首直接印出一張含題號與小題編號的空表格，答案必須填進對應格子裡。
這是成大硬體十年裡最「填表格化」的階段（106–108 三年都是這個格式）。填錯格子或沒照表格作答，即使算對也不給分。
OS 與計組的比重：計組 40%（第 1、2、3 題）、OS 60%（第 4、5、6、7 題）。
計算機組織考點
- 第 1 題（30%）｜看 TLB 與快取的方塊圖回答六個小問（圖上 CPU → A → TLB → B → Cache → Main memory，旁邊有 Page table）：
- (1) 5%｜TLB 的輸入 A 叫什麼（提示「XXX address」）
- (2) 5%｜TLB 的輸出 B 叫什麼
- (3) 5%｜以 B 為輸入的快取叫什麼（提示「XXX cache」）
- (4) 5%｜這種設計會不會有快取別名（cache aliasing）問題，並說明理由。要先想清楚別名問題是在什麼條件下產生的，再對照這張圖的快取是用哪一種位址索引
- (5) 5%｜「可能發生快取命中、但 TLB 失誤且頁表也失誤」這個敘述對不對。要從 TLB、頁表、快取三者之間的包含關係推，不能只憑「TLB 失誤時仍可能快取命中」這一句口訣
- (6) 5%｜算平均記憶體存取時間：1 GHz、快取命中 2 cycles、失誤罰則 100 cycles、每道指令 0.03 次失誤。題目給的是「每道指令的失誤次數」而不是「每次存取的失誤率」，代公式前要想清楚兩者差在哪
- 前三小問是在確認你看懂這張圖，後三小問才是真正的考點
- 第 2 題（10%）｜五級管線的資料相依：程式為
I1: ADD R1,R2,R0→I2: LW R2,16(R1)→I3: LW R1,4(R3)→I4: SUB R5,R3,R4。 - (1) 3%｜找出所有資料相依。RAW、WAR、WAW 三種都要找，R1 與 R2 都被多道指令讀寫，別漏
- (2) 3%｜有無 forwarding 時各有哪些危障。要區分「相依」與「危障」——在循序單發射的五級管線中，哪幾種相依真的會變成危障
- (3) 4%｜是否有 forwarding 也解不掉的資料危障，若有請重排。要看產生值的是哪一類指令、使用值的指令緊接在後還是隔了幾道
- 第 3 題（10%）｜三個是非題，要說明理由：
- (1) 3%｜「Strong scaling 不受 Amdahl's Law 限制」。考 strong scaling 與 weak scaling 的定義，以及它們各自對應哪一條定律
- (2) 3%｜「SMP 與訊息傳遞電腦都依賴鎖來同步」。考兩種平行架構的同步方式
- (3) 4%｜「CPU 的多執行緒技術有助於減少記憶體延遲」。關鍵在「減少」這兩個字——要想清楚多執行緒改變的是延遲本身，還是延遲對效能的影響
作業系統考點
- 第 4 題（10%）｜共享記憶體與 IPC 的比較：要「compare and contrast」並釐清作業系統在兩者中各扮演什麼角色。評分重點在「OS 在什麼時候介入」——建立階段與每次存取階段要分開講，並比較速度、同步責任與適用範圍
- 第 5 題（10%）｜輾轉現象三問：成因、系統如何偵測、偵測到之後怎麼消除。偵測那一問要講出具體的觀察指標，不能只寫「頁錯誤很多」
- 第 6 題（20%）｜銀行家演算法：四個程序 P1–P4、四種資源 A–D，給 Allocation、Max 與 Available (2,6,3,1)。
- (1) 5%｜Need 矩陣的內容
- (2) 10%｜系統是否在安全狀態、為什麼，要跑完整的安全性演算法並寫出安全序列
- (3) 5%｜P1 請求 (1,3,5,1) 能否立即核准。要依序做兩個檢查，再假裝配置後重跑安全性檢查——漏掉任何一個檢查都會被扣分
- 這題是成大硬體十年裡配分最高的單一題目
- 第 7 題（10%）｜最大可接受的頁錯誤率：頁表放在暫存器中（所以查表不耗時）、頁錯誤服務時間為 8 ms（乾淨頁）或 20 ms（髒頁）、70% 的被換出頁是髒的、記憶體存取 100 ns，要求有效存取時間不超過 200 ns。兩個陷阱：頁錯誤服務時間要依髒頁比例加權，以及毫秒與奈秒要先統一單位。算出來的量級本身就是本題要傳達的訊息
這份考卷的難點
- 第 1(5) 題要想清楚因果。 「TLB 失誤時仍可能快取命中」是對的，但這一小問多加了「頁表也失誤」這個條件，要從實體定址快取的特性往回推。很多人只記得前一句口訣就直接作答。
- 第 7 題的數字量級很容易算錯。 頁錯誤服務時間是毫秒、記憶體存取是奈秒，差了六個數量級。單位沒統一就會得到完全荒謬的答案。
- 第 6 題四種資源、四個程序的安全性檢查要做完整的逐輪推進，而且第 (3) 小問還要再跑一次。20 分但計算量大，時間分配要留意。
- 第 3(1) 題的 strong / weak scaling 是很多人沒分清楚的一組，名稱很像但適用的定律不同。
準備建議
- 成大硬體 106–108 三年都是「填表格作答」，答案必須填進卷首印的表格裡。進場第一件事是把表格抄到答案卷上
- TLB／頁表／快取三者的命中組合（第 1 題）是跨校高頻考點，要能從包含關係判斷哪些組合不可能發生
- 銀行家演算法（第 6 題）在成大是固定考點，要練到四種資源、五個程序能在十分鐘內跑完安全性檢查
- 頁錯誤率與有效存取時間（第 7 題）的公式要記熟，並練習髒頁加權這種變形
- strong scaling 對 weak scaling（第 3 題）、多執行緒對記憶體延遲的影響（第 3(3) 題）這兩組觀念是成大偏好的敘述題
- 是非題要寫理由（第 3 題明訂「explain your answer」），只填 T／F 拿不到全部分數